Локальная вычислительная сеть предназначена для. Локальная вычислительная сеть: проектирование и сетевое оборудование. Функциональные группы устройств в сети

Локальные вычислительные сети являются важным звеном единой информационно-телекоммуникационной системы предприятий и организаций. Понятие локальности в этом случае означает, что основная часть взаимодействия в сети происходит между ПK, территориально незначительно удаленными друг от друга и принадлежащими одной организационной структуре, а нередко и решающими специализированные функциональные задачи в этом подразделении.

Локальная вычислительная сеть - аппаратно-программные и информационные ресурсы, организованные в пределах ограниченной территории и объединенные каналами связи для информационного обмена между специалистами .

Применяемые ЛВС на предприятиях и организациях обеспечивают:

Универсальное сетевое пространство на основе открытых стандартов и технологий;

Функционирование общесистемных служб и сервисов, в том числе доступа к информации, сетевой печати и офисных приложений коллективной работы;

Функционирования специализированных прикладных программных средств;

Возможность прозрачной связи между любыми двумя ее узлами а также с существующими сетями;

Возможность удаленного диагностирования отдельных сегментов и ЛВС в целом.

Таким образом, организация ЛВС позволяет решать следующие задачи:

Обмен информацией между абонентами сети, что позволяет сократить бумажный документооборот и перейти к электронному документообороту;

Обеспечение распределенной обработки данных, связанное с объединением АРМ всех специалистов данной организации в сеть. Несмотря на существенные различия в характере и объеме расчетов, проводимых на АРМ специалистами различного профиля, используемая при этом информация в рамках одной организации находится в единой базе данных, поэтому объединение таких АРМ в сеть является целесообразным и эффективным ре­шением;

Поддержка принятия управленческих решений, предоставляющая руководителям и управленческому персоналу организации достоверную и оперативную информацию, необходимую для оценки ситуации и принятия правильных решений;

Организация собственных информационных систем, содержащих АБД;

Коллективное использование ресурсов, таких как сетевые принтеры, запоминающие устройства большой емкости, мощные средства обработки информации, прикладные программные системы, БД, базы знаний.

Локальные вычислительные сети можно классифицировать по разным признакам, представленным в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Классификация локальных вычислительных сетей

Вид вычислительной сети	Характеристика
1. По типу ПК, входящих в сеть
Гомогенные	Сети, состоящие из программно совместимых ПК
Гетерогенные	Сети, в состав которых входят программно несовместимые ПК
С коммутацией каналов	Характеризуются установлением прямой связи с абонентом на некоторое время в пределах общей очереди. Основным недостатком такой связи является ожидание соединения в общей очереди. Положительным качеством такой передачи является тот факт, что передача не может быть осуществлена произвольно, что повышает достоверность передачи информации в целом
С коммутацией сообщений	Характеризуются наличием узлов коммутации, которые получают сообщение, запоминают его и в случае освобождения канала связи с абонентом по определенному адресу передают это сообщение. Положительной стороной такой передачи является минимальное время ожидания, отрицательной то, что сеть получается более дорогой (необходимо иметь специальное ПО узла коммутации), а при передаче большого объема информации (1 млн байт) канал может быть занят несколько часов
С коммутацией пакетов	Позволяют длинное сообщение на передающем пункте разбивать на пакеты сообщений, которые затем передаются. Положительная сторона такого способа передачи - сокращается время ожидания передачи, отрицательная - необходимость иметь ПО, позволяющее разбивать на передающем пункте сообщение на пакеты с заголовком, адресом и контрольным числом, а на принимающем пункте - сборку сообщения
3. По режиму передачи данных
Широковеща-тельные	Характеризуются тем, что в каждый момент времени на передачу данных может работать только одна рабочая станция, а все остальные станции в это время работают на прием
Последовательные	Характеризуются тем, что передача данных производится последовательно от одной станции к соседней, причем на разных участках сети могут использоваться различные виды физической передающей среды
4. По характеру реализуемых функций
Вычислительные	Предназначены для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации
Информационные	Предназначены для получения справочных данных по запросу пользователей
Смешанные	Реализуют вычислительные и информационные функции
5. По способу управления
С централизован-ным управлением	Вычислительная сеть, в которой все функции управления и координации выполняемых сетевых операций сосредоточены в одном или нескольких управляющих ПК
С децентрализован-ным управлением	Вычислительная сеть, в которой каждый угол сети имеет полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций.
Смешанные	Вычислительные сети, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления, например задачи с высшим приоритетом решаются под централизованным управлением, а остальные задачи - под децентрализованным.

Одной из первых была одноранговая или «безсерверная» организация построения локальной вычислительной сети (использующаяся и в настоящее время), которая допускает включение в нее как ПК различной мощности, так и терминалов ввода-вывода. Термин «одноранговая сеть» означает, что все рабочие станции локальной вычислительной сети имеют в ней одинаковые права, т.е в ней нет выделенного сервера. Каждый пользователь одноранговой сети может определить состав файлов, которые он предоставляет для общего использования (так называемые public files). Таким образом, пользователи одноранговой сети могут работать как со всеми своими файлами, так и с файлами, предоставляемыми другими ее пользователями на своих рабочих станциях. Подключение отдельных ПК в одноранговую сеть производится преимущественно высокочастотными коаксиальными кабельными линиями связи.

Создание одноранговой сети обеспечивает наряду с взаимообменом данными между включенными в нее ПК совместное использование части дискового пространства (через public files), а также совместную эксплуатацию периферийных устройств (например, принтеров). Существуют и другие возможности, например, когда одна из рабочих станций временно берет на себя функции «сервера», а остальные работают в режиме «клиентов». Последнее широко используется в различного рода обучающих системах. Достоинствами одноранговых ЛВС являются также: относительная простота их установки и эксплуатации, умеренная стоимость, возможность развития (например, по числу включенных в них рабочих станций), независимость выполняемых вычислительных и других процессов для каждой включенной в сеть рабочей станции.

Получившие наибольшее распространение иерархические или серверные ЛВС включают следующие основные компоненты -рабочие станции, серверы, сетевые адаптеры, повторители и концентраторы, мосты и коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы, каналы связи, сетевую операционную систему.

1. Рабочая станция - это персональный компьютер, подключенный к вычислительной сети, через который пользователь получает доступ к сетевым ресурсам. Рабочая станция функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме и обеспечивает пользователя всем необходимым инструментарием для решения прикладных задач.

2. Сервер - это компьютер, выполняющий функции управления сетевыми ресурсами общего доступа: осуществляет хранение данных, управляет базами данных, выполняет удаленную обработку заданий, обеспечивает печать заданий и др. Выделяют следующие виды серверов:

- универсальный сервер для выполнения определенного набора различных задач в ЛВС, например, для предоставления рабочим станциям доступ к общесетевым ресурсам, распределяющий эти ресурсы и т.д.;

- сервер приложений для выполнения прикладных процессов. С одной стороны, взаимодействует с клиентами, получая задания а с другой - работает с базами данных, выбирая информацию, необходимую для обработки, и т.д.;

- сервер баз данных для создания и управления базами данных. Как правило, является автоматизированным банком данных в ИТ;

- файловый сервер обеспечивает функционирование распределенных ресурсов, включая файлы и программное обеспечение;

- сервер удаленного доступа обеспечивает сотрудникам, работающим вне предприятия (дома, в удаленных филиалах, командировочным), возможность работать с информационными ресурсами сети;

- телефонный сервер для организации локальной сети службы телефонии. Этот сервер выполняет функции речевой почты, автоматического распределения вызовов, учет стоимости телефонных разговоров, интерфейса с внешней телефонной сетью. Наряду с телефонией сервер также может передавать изображения и сообщения факсимильной связи;

- архивационный сервер для резервного копирования и архивирования информации в крупных многосерверных вычислительных сетях. Такой сервер обычно выполняет ежедневное автоматическое архивирование со сжатием информации, поступающей от серверов и рабочих станций;

- коммуникационный сервер для организации связи персональных компьютеров, удаленно расположенных пользовательских устройств - принтеров, плоттеров, кассовых аппаратов и т.д. по каналам вычислительных сетей местного или удаленного доступа;

- терминальный сервер объединяет группу терминалов и упрощает переключения при их перемещении;

- прокси-сервер (proxy-сервер) обеспечивает подключение рабочих станций локальной сети к глобальной сети Internet;

- Web-сервер предназначен для работы с web -ресурсами глобальной сети Internet;

- сервер печати для эффективного использования сетевых принтеров;

- сервер телеконференций имеет систему автоматической обработки видеоизображений и организации видеовзаимодействия в глобальной сети;

- видеосервер снабжает пользователей видеоматериалами, обучающими программами, видеоиграми, обеспечивает электронный маркетинг. Имеет высокую производительность и объемную па мять;

- почтовый сервер для организации функционирования электронной почты;

- сервер защиты данных содержит широкий набор средств обеспечения безопасности данных и, в первую очередь, идентификации паролей и т.д.

Для повышения производительности, надежности, отказоустойчивости технических решений в информационных технологиях практикуется объединение серверов в группы (домены), которые работают под управлением сетевой операционной системы. При этом ресурсы и нагрузки распределяются между серверами, что увеличивает эффективность функционирования локальной вычислительной сети.

Группирование серверов в домены дает два важных преимущества сетевым администраторам и специалистам предприятия. Наиболее важное - серверы домена формируют единый административный блок, совместно использующий службу безопасности и информацию учетных записей пользователей (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Организация домена в ЛВС

Каждый домен имеет одну базу данных, содержащую учетные записи специалиста и групп пользователей, а также установочные параметры политики безопасности. Все серверы домена функционируют либо как первичный контроллер домена, либо как резервный контроллер домена, содержащий копию этой базы данных.

Контроллер - специализированный процессор, предназначенный для управления внешними устройствами, и, таким образом, освобождения центрального процессора от выполнения этих функций.

Это означает, что администраторам нужно управлять только одной учетной записью для каждого специалиста, который должен использовать пароль только одной учетной записи.

Второе преимущество доменов сделано для удобства пользователей. Когда пользователи просматривают сеть в поисках доступных ресурсов, они видят сеть, сгруппированную в домены, а не разбросанные по всей сети серверы.

3. Сетевой адаптер (сетевая карта) представляет собой устройство сопряжения для подключения персональных компьютеров к сети. Он относится к периферийным устройствам ПК, непосредственно взаимодействующим со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами.

Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования.

4. Повторители и концентраторы. Основная функция повторителя (repeater), как это следует из его названия, - повторение сигналов, поступающих на его порт. Повторитель улучшает электрические ха­рактеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети узлами.

Многопортовый повторитель часто называют концентратором (concentrator) или хабом (hub), что отражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть. Практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.

Концентратор может выполнять следующие дополнительные функции:

Объединение сегментов сети с различными физическими средами в единый логический сегмент;

Автосегментация портов - автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной длины и т.п.);

Поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных;

Защита передаваемых по сети данных от несанкционированно доступа (например, путем искажения поля данных в кадрах повторяемых на портах, не содержащих компьютера с адрес назначения) и др.

5. Мосты и коммутаторы делят общую среду передачи данных на логические сегменты.

Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста или коммутатора, который является многопортовым и многопроцессорным мостом, обрабатывающие кадры со скоростью, значительно превышающей скорость работы моста.

При поступлении кадра на какой-либо из портов мост или коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат.

Основное отличие мостов и коммутаторов состоит в том, что мост обрабатывает кадры последовательно (один за другим), а коммутатор - параллельно (одновременно между всеми парами своих портов).

6. Маршрутизатор представляет собой ретрансляционную систему, соединяющую две коммуникационные сети либо их части. Маршрутизатор обменивается информацией об изменениях структуры сетей, трафике и их состоянии. Благодаря этому, выбирается оптимальный маршрут следования блока данных в разных вычислительных сетях от абонентской системы-отправителя к системе-получателю. Маршрутизаторы обеспечивают также соединение административно независимых коммуникационных сетей.

7. Шлюз является наиболее сложной ретрансляционной системой, обеспечивающей взаимодействие сетей с различными наборами протоколов всех семи уровней модели открытых систем.

Шлюзы оперируют на верхних уровнях модели OSI (сеансовом, представительском и прикладном) и представляют наиболее развитый метод подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей. Необходимость в сетевых шлюзах возникает при объединении двух систем, имеющих различную архитектуру, так как в этом случае требуется полностью переводить весь поток данных, проходящих между двумя системами.

В качестве шлюза обычно используется выделенный персональный компьютер, на котором функционирует программное обеспечение шлюза и производятся преобразования, позволяющие взаимодействовать нескольким системам в сети.

8. Каналы связи позволяют быстро и надежно передавать информацию между различными устройствами локальной вычислительной сети.

Выделяют следующие виды каналов связи, представленные на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Каналы связи, используемые в ЛВС

Кабельные технологии организации каналов связи .

Витая пара состоит из 8 изолированных проводов, свитых по два между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Витые пары имеют различные характеристики, определяемые размерами, изоляцией и шагом скручивания. Невысокая стоимость и небольшая масса этого вида передающей среды делает ее достаточно популярной для ЛВС. Основные недостатки витой пары - плохая помехозащищенность, низкая скорость передачи информации, простота несанкционированного подключения, ограничения на количество станций в сети. Технологические усовершенствования позволяют повысить скорость передачи и помехозащищенность (экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость этого типа передающей среды.

Коаксиальный кабель представляет собой многожильный кабель с хорошей изоляцией. По сравнению с витой парой он обладает высокой механической прочностью, помехозащищенностью и более высокой скоростью передачи информации. Для промышленного использования выпускаются два типа коаксиальных кабелей: толстый и тонкий. Толстый кабель более прочен и передает сигналы нужной амплитуды на большее расстояние, чем тонкий. В то же время тонкий кабель значительно дешевле.

Оптоволоконный кабель состоит из световодов, выполненных из высококачественного стеклянного (пластикового) волокна диаметром несколько микрон, окруженного твердым заполнителем и сверу защищенного специальной оболочкой. Имеет высокую скорость передачи информации, не подвержен действию электромагнитных полей, полностью пожаро- и взрывобезопасен, не имеет излучения Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации. По сравнению с предыдущими типами передающей среды он имеет следующие недостатки - высокая стоимость, сложность технологии сращивания кабеля, необходимость иметь дополнительное оборудование (модемы) для преобразования световых сигналов в электрические и т.д.

Беспроводные технологии организации каналов связи

Радиосреда в ЛВС в настоящее время получает широкое распространение за счет внедрения так называемой технологии беспроводных сетей Wi-Fi, Bluetooth, WiMAX. Главное достоинство радиоканала - отсутствие кабеля, за счет чего возможно обслуживать мобильные рабочие станции.

Передача данных в микроволновом диапазоне использует высокие частоты и применяется как на коротких, так и на больших расстояниях. Главное ограничение заключается в том, чтобы передатчик и приемник были в зоне прямой видимости. Применяются в местах, где использование проводных технологий затруднено.

Лазерная передача осуществляется при помощи узкого пучка света, генерируемого лазером. Система работает на более высоких частотах, чем микроволновая передача, и является более узконаправленной. В качестве излучателей используют лазеры, а в качестве приемников - фотодиоды. Лазерная передача сильно зависит от атмосферных явлений и работает на коротких расстояниях в условиях прямой видимости.

Инфракрасные технологии функционируют на очень высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Они могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи на близких расстояниях. При инфракрасной связи обычно используют светодиоды для передачи инфракрасных волн приемнику. Инфракрасная передача ограничена малым расстоянием в прямой зоне видимости.

9. Сетевая операционная система (СОС) наряду с аппаратной частью играет важную роль в организации локальной вычислительной сети.

Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и сервером. Она предоставляет разнообразные виды сетевых служб и поддерживает работу прикладных процессов, реализуемых в сетях.

Одной из характеристик ЛВС является топология (или архитектура вычеслительной сети, под которой понимается схема (архитектура) сети, отображающая физическое расположение узлов и соединений между ними.

Чаше всего в ЛВС используется одна из трех топологий: шинная, кольцевая, звездообразная.

Большинство других топологий являются производными от перечисленных. К ним относятся: древовидная, иерархическая, полносвязная, гибридная. Топология усредняет схему соединений рабочих станций. Так, например, и эллипс, и замкнутая линия относятся к кольцевой топологии, а незамкнутая ломаная линия - к шинной.

Шинная топология основана на использовании кабеля, к которому подключены рабочие станции. Кабель шины зачастую прокладывается в фальшпотолках здания. Для повышения надежности вместе с основным кабелем прокладывают и запасной, на который переключаются станции в случае неисправности основного (рис. 4.3, а).

Кольцевая топология характеризуется тем, что рабочие станции последовательно соединяются друг с другом, образуя замкнутую линию. Выход одного узла сети соединяется со входом другого (рис. 4.3, б).

Звездообразная топология основывается на концепции центрального узла (сервера или пассивного соединителя), к которому подключаются рабочие станции сети (рис. 4.3, в).

Древовидная топология представляет собой более развитый вариант шинной топологии. Дерево образуют путем соединения нескольких шин. Ее используют, чтобы соединить сетью несколько этажей в здании или несколько зданий, расположенных на одной территории (рис. 4.3, г).

Полносвязная топология является наиболее сложной и дорогой. Она характеризуется тем, что каждый узел сети связан со всеми другими рабочими станциями. Эта топология применяется достаточно редко, в основном там, где требуется высокая надежность и скорость передачи информации (рис. 4.3, д).

На практике чаще встречаются гибридные топологии ЛВС, которые приспособлены к требованиям конкретного заказчика и сочетают фрагменты шинной, звездообразной или других топологий Рис.4.3,е).

Рис. 4.3. Схемы построения топологических структур ЛВС

Одним из важнейших вопросов, решаемых при организации ЛВС, является не только выбор топологии сети и способа соединения персональных компьютеров в единый вычислительный комплекс, но и организация метода доступа к информации в ЛВС, под которым понимается набор правил, определяющий использование канала передачи данных, соединяющего узлы сети.

По способу получения доступа к среде передачи методы доступа можно разделить на два класса - детерминированные и недетерминированные.

Детерминированный метод доступа. Среда передачи распределяется между узлами сети с помощью механизма управления, который обеспечивает некоторый интервал времени для передачи данных каждому узлу.

Наиболее распространенным детерминированным методом доступа является метод передачи права, который характеризуется передачей по сети с кольцевой логической топологией служебного сообщения - маркера. Получение узлом сети маркера предоставляет ему право на доступ к среде передачи данных. При наличии нуждающихся в передаче данных выполняется их доставка адресату, после чего маркер передается следующему по очереди устройству. На время прохождения данных маркер в сети отсутствует, остальные станции не имеют возможности передачи, таким образом появляется возможность избежать коллизии. При отсутствии информации, нуждающейся в отправке, маркер сразу переходит к следующему узлу сети. Для обработки возможных ошибок, в результате которых маркер может быть утерян, существует механизм его регенерации. К детерминированным методам доступа относятся методы доступа Arcnet и Token Ring.

Коллизия (collision) - искажение передаваемых данных в ЛВС, которое появляется при попытке одновременной передачи несколькими сетевыми устройствами.

Метод доступа Arcnet (Attached resource computer Network) был разработан Datapoint Corporation в 1977 г. Используется в основном в ЛВС, имеющей центральный узел (компьютер или пассивный соединитель), к которому через концентратор подключены все ПК сети, при этом организуется логическое кольцо, по которому передается маркер. Устройство, получившее маркер, имеет право на передачу порции данных в канал. Принимает данные то устройство, чей адрес указан в блоке данных. Каждому подключенному устройству присваивается номер. Последовательность обхода маркера определяется номерами устройств.

Метод доступа Token Ring был запатентован фирмой IBM в 1981 г. и основан на передаче маркера по физическому кольцу. Рабочая станция, владеющая маркером, имеет право передать по определенному конечному адресу информацию, при этом передаваемый блок данных добавляется (цепляется) к маркеру. Маркер последовательно передается от одной станции к другой. Передаваемый блок данных принимает то устройство, которому он адресован. После принятия данных, устройство делает пометку о приеме и отправляет с маркером дальше по кольцу. Узел сети, который передавал данные, получив пометку о приеме, удаляет блок данных из кольца. Достоинством технологии Token Ring является большая устойчивость к высоким нагрузкам на канал, относительно стабильное время доступа к каналу, недостатком - повышенная сложность и стоимость.

Развитием технологии Token Ring применительно к оптоволоконному кольцу является технология FDDI (Fiber Distributed Interface - распределенный волоконный интерфейс данных), которая строится на основе двух оптоволоконных кабелей, образующих основной и резервный (первичное и вторичное кольцо) пути передачи данных между узлами сети, как правило, кольцевой топологии.

Именно наличие двух колец стало основным способом повышения отказоустойчивости в сети FDDL. Узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного кольца, а вторичное кольцо в этом режиме не используется. В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным, вновь образуя единое кольцо.

Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении, а по вторичному - в обратном. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними рабочими станциями ЛВС.

Недетерминированный (случайный) метод доступа . Узел сети пытается получить доступ к среде передачи только в тот момент времени, когда это необходимо. Если среда занята, то узел повторяет попытку доступа до тех пор, пока очередная попытка не окажется успешной.

Наиболее распространенным недетерминированным методом доступа является множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection 4 CSMA/CD). Этот метод основан на контроле несущей в линии передачи данных и устранении конфликтов, возникающих из-за попыток одновременного начала передачи двумя или более станциями, путем повторения попыток захвата линии через случайный отрезок времени. К недетерминированному методу доступа относится метод доступа Ethernet.

Метод доступа Ethernet является самым распространенным в ЛВС. Свое название он получил от первой ЛВС, разработанной фирмой Xerox в 1972 г. Впоследствии вокруг проекта Ethernet объединились фирмы DEC, Intel и Xerox. В 1982 г. эта сеть была принята в качестве стандарта.

Метод доступа Ethernet использует магистральный высокоскоростной моноканал, организованный в виде общей шины. Каждая станция, имеющая данные для передачи, отслеживает состояние канала (прослушивает канал). Если канал свободен, станция передает блок данных в канал. Если одновременно две станции начали передачу данных, происходит столкновение передач (конфликт, коллизия). В этом случае через случайный интервал времени происходит попытка новой передачи данных каждым из узлов сети. Ethernet может использоваться в сетях с шинной или звездообразной топологией. Во втором случае общая шина реализуется внутри концентратора. Обычная скорость передачи 10 и 100 Мбит/с.

В настоящее время в больших локальных вычислительных сетях для оптимизации доступа к информации используется технология виртуализации (виртуальный - мнимый), на основе которой организуются виртуальные локальные вычислительные сети.

Виртуальная ЛВС (Virtual LAN ) - логическое объединение узлов большой локальной вычислительной сети, которые могут принадлежать к ее различным физическим сегментам, подключенным к разным концентраторам.

Виртуальные ЛВС полностью ликвидируют физические барьеры на пути формирования рабочих групп специалистов в масштабе сети более высокого уровня, но особенно это актуально в масштабе корпоративной вычислительной сети (КВС), поскольку реализуется возможность объединения физически рассредоточенных сотрудников компании в группы пользователей с сохранением целостности связи внутри их групп. При этом обеспечивается высокая организационная гибкость в управлении предприятиями и организациями. Технология виртуальных ЛВС позволяет сетевым администраторам группировать разных пользователей КВС, совместно использующих одни и те же сетевые ресурсы. Разбиение КВС на логические сегменты, каждый из которых представляет собой виртуальную ЛВС, предоставляет существенные преимущества в администрировании сети, обеспечении безопасности информации, в управлении широковещательными передачами из виртуальной сети по магистрали корпоративной сети.

Виртуальная ЛВС создается при помощи коммутирующих концентраторов или маршрутизаторов. Специальное программное обеспечение системы управления позволяет разделить сеть на несколько логических частей (виртуальных сегментов). Администратор сети может по своему усмотрению создавать виртуальные сегменты, добавлять в них или удалять отдельные узлы. Данные, предназначенные для конкретных узлов виртуальной сети, благодаря коммутации пакетов передаются только в рамках заданного логического сегмента. Этим предотвращаются перегрузки в локальных вычислительных сетях и обеспечивается повышение их безопасности.

Технология виртуальных ЛВС позволяет упростить процесс создания независимых сетей, которые затем должны связываться с помощью протоколов сетевого уровня.

При использовании технологии виртуальных сетей в комутатоpax одновременно решаются две задачи:

1. Повышение производительности в каждой из виртуальных сетей, так как коммутатор передает кадры в такой сети только узлу назначения.

2. Изоляция сетей друг от друга для управления правами доступа пользователей и создания защитных барьеров.

Метод создания виртуальных ЛВС используется в сетях типа Ethernet. Принцип логического объединения узлов разнородных сетей (в том числе Token Ring и др.) в виртуальные сегменты используется также в распределенных и глобальных сетях.

Кроме традиционных проводных ЛВС в настоящее время широкое распространение получила технология беспроводных сетей - WI-FI (от Wireless Fidelity - высокая точность беспроводной передачи данных) - это современная беспроводная технология соединения компьютеров в локальную сеть и подключения их к Internet. Под аббревиатурой Wi-Fi в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.

Основными элементами сетей Wi-Fi являются:

- Wi-Fi-adanmep - служит для подключения компьютера пользователя к беспроводной сети и выполняет ту же функцию, что и сетевая карта в проводной сети;

- точка доступа представляет собой автономный модуль со встроенным микрокомпьютером и приемно-передающим устройством. Через точку доступа осуществляется взаимодействие и обмен информацией между беспроводными адаптерами, а также связь с проводным сегментом сети;

- зона обслуживания (Service Set - SS ) - это логически сгруппированные устройства, обеспечивающие подключение к беспроводной сети;

- базовая зона обслуживания (Basic Service Set - BSS) - это группа станций, которые связываются друг с другом по беспроводной связи.

Технология Wi-Fi использует метод множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий {Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - CSMA/CA). Вместо прямого распознавания коллизий по методу CSMA/CD здесь используется их косвенное выявление. Для этого каждый переданный кадр должен подтверждаться кадром приема, посылаемым станцией назначения. Если же по истечении оговоренного тайм-аута кадр приема не поступает, станция-отправитель считает, что произошла коллизия.

Беспроводные сети Wi-Fi поддерживают несколько различных режимов работы, реализуемых для конкретных целей.

Режим Ad Нос («точка-точка») характеризуется тем, что клиенты устанавливают связь непосредственно друг с другом через Wi-Fi~ адаптер. Таким образом организуется одноранговая сеть, в которой компьютеры взаимодействуют напрямую без применения точек доступа. При этом создается только одна зона обслуживания, не имеющая интерфейса для подключения к проводной локальной сети. Режим Ad Hoc позволяет устанавливать соединение на скорости не более 11 Мбит/с, независимо от используемого оборудования. Дальность связи составляет не более ста метров, а скорость передачи данных быстро падает с увеличением расстояния (рис. 4.4. а).

Рис. 4.4. Основные режимы работы беспроводной сети Wi-Fi

Инфраструктурный режим характеризуется тем, что связь ПК обеспечивается через точку доступа. Точку доступа в этом случае можно рассматривать как беспроводной коммутатор. Клиентские станции не связываются непосредственно одна с другой, а связываются с точкой доступа, и она уже направляет пакеты адресатам. Точка доступа, как правило, имеет порт Ethernet, через который базовая зона обслуживания подключается к проводной или смешанной сети, т.е. к сетевой инфраструктуре (рис. 4.4, б).

Режим распределенной беспроводной системы WDS (Wireless Distribution System) позволяет организовать мостовую связь между точками доступа и подключить клиентские ПК, при этом каждая точка может соединяться с несколькими другими точками. Подключение клиентов может осуществляться как по проводной сети через uplink -порты точек, так и по принципу инфраструктурного режима беспроводного доступа.

Uplink-порт - это порт, который предназначен для подключения к другим коммутаторам, но может и использоваться как обычный порт для подключения оконечного оборудования .

Данная технология поддерживается большинством современных точек доступа (рис. 4.4, в).

Дальнейшим развитием беспроводной связи стала технология WiMAX, основанная на стандарте IEEE 802.16 (Institute Electrical and Electronics Engineers - Институт инженеров по электротехнике и paдиоэлектронике ИИЭР США), который разработан на электронную технику, включая компьютерные сети и их элементы.

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов).

Название «WiMAX» было создано WiMAXForum - организацией, которая была основана в июне 2001 г. с целью продвижения и развития технологии WiMAX, предоставляющей высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL (англ. Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия).

WiMAX подходит для решения следующих задач:

Соединение точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Internet;

Обеспечение беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL;

Предоставление высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг;

Создание точек доступа, не привязанных к географическому положению.

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Internet на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi-сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать маштабируемые высокоскоростные сети в рамках целых городов (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Вариант организации технологии WiMAX

Основное различие двух технологий состоит в том, что Фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.

В список сетевого оборудования ЛВС входят моноканалы (другие названия - сегменты, стволы), представляющие собой физические линии передачи данных; сетевые контроллеры (адаптеры, сетевые карты), управляющие доступом к каналу связи; приемопередатчики, служащие для связи сетевого контроллера с моноканалом; блоки взаимодействия данной сети (или подсети) с другими сетями (подсетями); терминаторы - устройства согласования сопротивлений на концах моноканалов для исключения искажающих отражений сигналов; концентраторы (Hubs) - коммутирующие устройства в сетях звездной архитектуры; концентраторы оконечных систем - для подключения нескольких ООД; коннекторы - для механического и непосредственного электрического подключения узлов к кабелю.

В качестве линий передачи данных в ЛВС используют коаксиальный кабель, витую (скрученную) пару проводов, волоконно-оптический кабель. Длины используемых отрезков коаксиального кабеля не должны превышать нескольких сотен метров, а у витой пары проводов - десятков метров. При больших расстояниях в среду передачи данных включают формирователи сигналов - повторители для сопряжения отрезков. Волоконно-оптический кабель позволяет существенно увеличить расстояния и скорость передачи данных.

Рассмотрим примеры построения приемопередатчиков и сетевых контроллеров ЛВС. Рис. 4.2. Приемопередатчик в шинной сети

Приемопередатчик ПП (transiver) - устройство для электрического соединения АКД с линией передачи данных. В состав приемопередатчика (рис. 4.2) в магистральных ЛВС с методом МДКН/ОК входят:

- приемник сигналов от линии передачи данных; его назначение - усиление информационных сигналов и обнаружение конфликтов путем выделения постоянной составляющей искаженных сигналов и ее сопоставления в компараторе с эталонным напряжением;

- передатчик от станции в линию; обычно реализуется в виде токового переключателя или балансной схемы на насыщенных транзисторах с трансформаторным выходом;

- ответвитель для подсоединения входов приемника и выходов передатчика к кабелю; применяется механическое контактирующее устройство, накладываемое на кабель и имеющее винт-иглу, которой прокалывается оплетка кабеля и осуществляется контакт с центральным проводником; игольчатый контакт имеет трансформаторную связь с приемником и передатчиком сигналов;

- защита от шума для отключения ООД от кабеля, если ООД ошибочно генерирует сигналы дольше, чем это предусмотрено.

В кольцевых локальных сетях сигналы циркулируют по кольцу, состоящему из ряда отрезков линии связи, соединяющих пары соседних узлов. Эти отрезки соединяются в узлах через посредство повторителей сигналов, выполняющих функции приема и передачи сигналов как из кольца и в кольцо, так и между АКД и линией. Повторители вносят некоторую задержку в передачу сигналов, поэтому общая задержка зависит от числа станций, включенных в кольцо.

Одним из способов взаимосвязи линии и АКД является способ вставки регистра. Станция, получившая полномочия, называется активной станцией . Активная станция осуществляет вставку регистра в разрыв кольца и подключает передающий регистр, из которого в кольцо посылается передаваемый кадр.

Эти регистры являются сдвигающими. Кадр проходит через кольцо и возвращается на вставленный регистр. По пути его адресная часть проверяется остальными станциями, поскольку в них предусмотрена расшифровка адресной и управляющей информации. Если пакет предназначен данной станции, то принимается информационная часть пакета, проверяется правильность приема и при положительном результате проверки в кольцо направляется соответствующее подтверждение. Передающая (активная) станция одновременно с передачей сформированного в ней пакета принимает пакет, прошедший по кольцу, на вставленный регистр. В каждом такте сдвига в кольцо направляется очередной бит данных, а из кольца с некоторой задержкой возвращаются переданные биты. Если подтверждена правильность передачи, то переданные данные стираются в передающей станции, которая направляет в кольцо свободный маркер, если не подтверждена, то осуществляется повторная передача пакета.

Станции, готовые к передаче собственных данных, ждут прихода свободного маркера. Станция, получившая полномочия, вставляет свой регистр в кольцо, становясь активной, а вставленный ранее регистр исключается из кольца.

Приемопередатчик (повторитель) для волоконно-оптических линий передачи данных (световодов) также включает части приемную, передающую, чтения и записи данных. В приемной части имеются фотодиод, усилитель-формирователь сигналов с требуемыми уровнями напряжения, механическое контактирующее устройство для надежного контакта фотодиода со стеклянной оболочкой кабеля. Передатчик представлен светодиодом или микролазером.

Сетевой контроллер (адаптер) - устройство для связи ООД со средой передачи данных. Блок доступа к каналу называется также средством уровня МАС и реализует принятый метод доступа. Так, в случае метода МДКН/ОК в блоке реализуются действия по выработке сигнала затора, задержке в передаче при наличии конфликта или при занятом моноканале, формированию данных в кадры, кодированию (декодированию) электрических сигналов в (из) манчестерский код, распознаванию адреса в передаваемых по сети сообщениях.

Формирование собственных информационных кадров включает операции по разделению сообщения на кадры и добавлению к информационным байтам служебной информации в соответствии с используемым протоколом. Обычно в служебную информацию входят адрес получателя (возможно также и отправителя), контрольный код для проверки правильности передачи, флаги - признаки начала и конца кадра. После образования информационного кадра станция должна получить полномочия. Для этого она прослушивает канал в ожидании маркера. После получения полномочий происходит преобразование параллельного кода в последовательный, преобразование в манчестерский код и передача сигналов в кабель.

В случае кольцевых маркерных ЛВС к функциям МАС-подуровня относятся: опознание адреса; генерация контрольного кода при передаче и его проверка при приеме; опознание маркера; контроль предельного времени отсутствия маркера, что требуется для принятия заключения о потере маркера и, следовательно, о его восстановлении; распаковка кадра и т.п.

2.1. Назначение ЛВС

Локальная вычислительная сеть (или LAN, Local Area Network) представляет собой соединение не­скольких ПК с помощью соответствующего аппаратного и программного обес­печения. Слово “локальная” в этом названии означает, что все соединенные ПК выполняют задачи, как правило, в пределах одного здания или соседних зданий.

ЛВС нашли широкое применение в системах автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства, системах управления производством и технологическими комплексами, в конторских системах, бортовых системах управления и т.д.

Основное назначение ЛВС:

· распределение данных (Data Sharing). Данные в сети хранятся на цент­ральном ПК и могут быть доступны на рабочих станциях. Благода­ря этому не надо на каждом рабочем месте иметь накопители для хране­ния одной и той же информации;

· распределение ресурсов (Resource Sharing). Периферийные (чаще всего дорогие) устройства могут быть доступны для всех пользователей сети. Такими устройствами могут быть, например, факс или лазерный принтер;

· распределение программ (Software Sharing). Все пользователи сети могут совместно иметь доступ к программам, которые были один раз централи­зованно установлены. Конечно, при этом должна работать сетевая версия соответствующих программ;

· электронная почта (Electronic Mail). Все пользователи сети могут интер­активно соединяться друг с другом, чтобы передавать или принимать со­общения.

2.2. Организация взаимодействия устройств в сети

Локальные вычислительные сети подразделяются на два кардинально различающихся класса: одноранговые (одноуровневые) сети и иерархические (многоуров­невые).

2.2.1. Одноранговые сети

Подобные сети не имеют центрального ПК. Некоторые аппаратные средства (винчестеры, приводы CD-ROM) и прежде всего дорогие периферийные устройства (сканеры, принтеры и др.), подключен­ные к отдельным ПК, используются совместно на всех рабочих местах.

Каждый пользователь одноранговой сети являетсяадминистратором на своем ПК.

Достоинства одноранговой сети:

· низкая стоимость (используются все компьютеры, подключенные к сети, и умеренные цены на программное обеспечение для работы сети);

· высокая надежность (при выходе из строя одной рабочей станции доступ прекращается лишь к некоторой части информации).

Недостатки:

· работа сети эффективна только при количестве одновременно работающих станций не более 10;

· трудности организации эффективного управления взаимодействием рабочих станций и обеспечение секретности информации; трудности обновления и изменения ПО рабочих станций.

2.2.2. Иерархические сети

В иерархических сетях все задачи, связанные с хранением, обработкой данных, их представлением пользователям, выполняет центральный компьютер, называемый сервером.

Сервер (host-компьютер) – главный компьютер, управляющий работой сети.

Достоинства иерархических систем:

· отработанная технология обеспечения отказоустойчивости, сохранности данных;

· надежная система защиты информации и обеспечения секретности.

Недостатки:

· высокая стоимость аппаратного и программного обеспечения;

· высокие эксплуатационные расходы.

По организации взаимодействия принято выделять два типа иерархических систем:

·сеть с невыделенным сервером – сеть, где функции рабочей станции и сервера совмещены;

· сеть с выделенным сервером.

Сеть с выделенным сервером – здесь один из компьютеров выполняет функции хранения данных общего пользования, организации взаимодействия между рабочими станциями, выполнения сервисных услуг – сервер сети. На таком компьютере выполняется операционная система, и все разделяемые устройства (жесткие диски, принтеры, модемы и т.п.) подключаются к нему, производится хранение данных, печать заданий, удаленная обработка заданий. Рабочие станции взаимодействуют через сервер, поэтому логическую организацию такой сети можно представить топологией “звезда”, где центральное устройство – сервер.

Достоинства:

· выше скорость обработки данных (определяется быстродействием центрального компьютера, и на сервер устанавливается специальная сетевая операционная система, рассчитанная на обработку и выполнение запросов, поступивших одновременно от нескольких пользователей);

· обладает надежной системой защиты информации и обеспечения секретности;

· проще в управлении по сравнению с равноправными.

Недостатки:

· такая сеть дороже из-за отдельного компьютера под сервер;

· она является менее гибкой по сравнению с равноправной.

Сети с выделенным сервером являются более распространенными. Примеры сетевых операционных систем такого типа: LAN Server, IBM Corp., VINES, Banyan System Inc., NetWare, Novell Inc.

2.2.3. Технология совместного использования

сетевых ресурсов

Под ресурсами ПК будет пониматься любой из следу­ющих элементов:

· логические диски, включая накопители на CD-ROM, DVD и другие аналогичные устройства;

· каталоги (папки) с подкаталогами (вложенными папками) или без них, а также содержащиеся в них файлы;

· подключенные к ПК устройства: принтеры, модемы и др.

Ресурс, доступный только с ПК, на котором он нахо­дится, называется локальным. Ресурс ПК, доступный для дру­гих компьютеров сети, называется разделяемым или сетевым (общим, совместно используемым). Локальный ресурс мож­но сделать разделяемым и, наоборот, разделяемому ресурсу можно вернуть статус локального, т. е. запретить доступ к нему других пользователей сети.

Создание разделяемых сетевых ресурсов и доступ к ним обеспечиваются специальными сетевыми операционными системами . Базовые сетевые возможности сетевых ОС позволяют с одного компьютера сети обрабатывать данные (вводить, редактировать, копировать, удалять, про­изводить поиск), размещенные на другом.

Обычно используются один или несколько мощных ПК (выделенные серверы), которые предоставляют свои ресурсы для совместного использования в сети. Система коллективного доступа работает по принципу разделения времени работы главного компьютера.

В зависимости от используемых сетевых ресурсов в иерар­хических сетях различают серверы следующих типов.

Файловый сервер. В этом случае на сервере находятся со­вместно обрабатываемые файлы или (и) совместно исполь­зуемые программы. При этом на рабочих станциях находится только небольшая (клиентская) часть программ, требующая незна­чительных ресурсов. Программы, допускающие такой режим работы, называются программами с возможностью инсталля­ции в сети. Требования к мощности сервера и пропускной спо­собности сети при таком способе использования опреде­ляются количеством одновременно работающих рабочих станций и характером используемых программ.

Сервер баз данных. На сервере размещается база данных, которая может пополняться с различ­ных рабочих станций или (и) выдавать информацию по зап­росам с рабочей станции. Возможны два принципиально различающихся режима обработки запросов с рабочей станции или редактирования записей в базе данных:

· с сервера последовательно пересылаются записи базы дан­ных на рабочую станцию, где производится собственно фильтрация записей и отбор необходимых;

· сервер сам отбирает необходимые записи из БД (реализует запрос) и пересылает их на рабочую станцию.

Во втором случае снижаются нагрузка на сеть и требования к рабочим станци­ям, но резко возрастают требования к вычислительной мощ­ности сервера. Тем не менее именно такой способ обработки запросов является наиболее эффективным. Указанный способ удовлетворения запросов с рабочих станций называется ре­жимом клиент-сервер, его реализуют специальные средства работы с современными сетевыми базами данных. В системах клиент-сервер обработка данных разделена между двумя объектами: клиентом и сервером. Клиент – это задача, рабочая станция, пользователь. Он может сформировать запрос для сервера: считать файл, осуществить поиск записи и т.п. Сервер – это устройство или компьютер, выполняющий обработку запроса. Он отвечает за хранение данных, организацию доступа к этим данным и передачу данных клиенту.

Принт-сервер. К компьютеру небольшой мощности под­ключается достаточно производительный принтер, на кото­ром может быть распечатана информация сразу с нескольких рабочих станций. Программное обеспечение организует оче­редь заданий на печать, а также идентифицирует отпечатан­ную информацию специальными страницами (закладками), которые разделяют печатные материалы различных пользо­вателей.

Почтовый сервер. На сервере хранится информация, от­правляемая и получаемая как по локальной сети, так и извне (например, по модему). В любое удобное для него время пользователь мо­жет просмотреть поступившую на его имя информацию или отправить через почтовый сервер свою информацию.

2.3. Топологии

По топологии ЛВС делятся на: общую шину, кольцо, звезду и др.

Топология “звезда”

Звездообразная топология сети – разновидность сети, где каждый терминал соединен с центральной станцией (рис. 2.1).

Эта топология взята из области больших электронных вычислительных ма­шин. Здесь файловый сервер находится в “центре”.

Достоинства:

· повреждение кабеля является проблемой для одного конкретного ком­пьютера и в целом не сказывается на работе сети;

· просто выполняется подключение, так как рабочая станция должна со­единяться только с сервером;

· механизмы защиты против несанкционированного доступа оптимальны;

· высокая скорость передачи данных от рабочей станции к серверу, так как оба ПК непосредственно соединены друг с другом.

Недостатки:

· в то время как передача данных от рабочей станции к серверу (и обрат­но) происходит быстро, скорость передачи данных между отдельными рабочими станциями мала;

· мощность всей сети зависит от возможностей сервера – если он недоста­точно оснащен или плохо сконфигурирован, то будет являться тормозом для всей системы;

· невозможна коммуникация между отдельными рабочими станциями без помощи сервера.

Топология с сервером в центре практически реализуется через подключение рабочих станций и сервера к концентратору (хабу). Наличие хаба исключает необходимость использования на сервере множества сетевых адаптеров.

Рис. 2.1. Топология типа “звезда”

Кольцевая топология

Сеть типа “кольцо” – разновидность сети, в которой каждый терминал подключен к двум другим соседним терминалам кольца (рис. 2.2).

В этом случае все рабочие станции и сервер соединены друг с другом в коль­цо, по которому посылается информация, снабженная адресом получателя. Рабочие станции анализируют адрес по­сланного сообщения и, если адрес получателя совпадает с адресом станции, получают соответствующие данные.

Достоинство:

·рабочие станции могут коммутироваться друг с другом без помощи сер­вера.

Недостатки:

·время передачи данных увеличивается пропорционально числу соеди­ненных в кольцо компьютеров;

·каждая рабочая станция причастна к передаче данных, выход из строя одной станции может парализовать всю сеть, если не используются спе­циальные переходные соединения;

·при подключении новых рабочих станций сеть должна быть кратковре­менно выключена.

Шинная топология

Такая сеть похожа на центральную линию, к которой подключены сервер и отдельные рабочие станции (рис. 2.3). Шинная топологии имела широкое распро­странение в прежние годы, что можно объяснить небольшими потребностями в кабеле.

Достоинства:

· небольшие затраты на кабели;

· рабочие станции в любой момент времени могут быть установлены или отключены без прерывания работы всей сети;

· рабочие станции могут коммутироваться друг с другом без помощи сер­вера.

Недостатки:

· при обрыве кабеля выходит из строя весь участок сети от места разрыва;

· возможность несанкционированного подключения к сети, поскольку для увеличения числа рабочих станций нет необходимости в прерывании ра­боты сети.

Комбинированная структура ЛВС

Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная. Она образуется в основном в виде комбинаций вы­шеназванных топологий вычислительных сетей (рис. 2.4).

Вычислительные сети с комбинированной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде, или в случае объединения локальных сетей с их архитектурой в более крупную сеть. Для подключения большого числа рабочих станций применяют сетевые усилители и/или коммута­торы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, на­зывают активным концентратором.

Пассивный концентратор обычно ис­пользуют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что максимально возможное расстояние до рабочей станции не должно превышать несколь­ких десятков метров.

2.4. Компоненты ЛВС

Основой для организации локальной сети являются обычные ПК, подключаемые в сеть с помощью карты расширения сетевого адаптера (сетевой карты). Сетевые карты должны конфигурироваться. В больших сетях для решения специальных задач могут выделяться отдельные ПК, например сервер печати для подготовки и управления принте­ром или коммуникационный сервер для связи с модемами и так далее. Для организации доступа к этим компонентам ЛВС необходимо разграничить пользователей или группы пользователей и на­значить им соответствующие права доступа к ресурсам сети.

2.4.1. Сервер

Серверу в иерархических (централизованных) сетях принадлежит центральная роль. Следовательно, он должен быть и хорошо оснащен. Его оснащение зависит от числа подключен­ных рабочих станций.

Более старые версии сетей предлагали возможности использования сервера в невыделенном режиме (non dedicated). В этом случае сервер функ­ционирует не только как центральный ПК, но может использоваться и как обыч­ная рабочая станция. Это выгодно в смысле цены, так как эко­номится одна рабочая станция, но из-за сервера, “отвлеченного” на решение задач пользователя, испытывает затруднения вся сеть, поэтому рекомендуется использовать сервер только в выделенном режиме (dedicated).

2.4.2. Рабочая станция

Рабочая станция – персональный компьютер, работающий под управлением собственной дисковой операционной системы. Однако в отличие от автономного персонального компьютера рабочая станция содержит плату сетевого интерфейса и физически соединена кабелем с сервером. Кроме того, рабочая станция должна иметь сетевую операционную систему или специальную программу, называемую оболочкой сети, при использовании несетевой ОС, которая позволяет ей обмениваться информацией с сервером, другими рабочими станциями и прочими устройствами сети. Оболочка позволяет рабочей станции использовать файлы и программы, хранящиеся на сервере.

Оснащение отдельных рабочих станций внутри сети очень сильно зависит от оснащения сервера. Если сервер обладает мощными ресурсами, то рабочие станции могут оснащаться оборудованием в меньшей степени.

В одноранговой сети, в которой отсутствует сер­вер, ресурсы сети существенным образом зависят от ресурсов рабочих станций. Здесь чем лучше отдельные станции, тем лучше распределение ресурсов внутри всей сети. Дорогие периферийные устройства, такие как сканер, мо­дем, сменные жесткие диски и так далее, необходимо устанавливать лишь на одной рабочей станции, таккак в сети ресурсы доступны всем пользователям.

2.4.3. Сетевые карты

Сетевая карта устанавливается в один из свободных слотов материнской пла­ты. Сетевые карты являются посредниками между ПК и сетью и передают сетевые данные по системе шин к ЦП и ОЗУ сервера или рабочей станции.

Сетевая карта оборудована собственным процессором и памятью. На внешней стороне карты имеются разъемы для подключения кабелей.

В качестве стандартной сетевой карты обычно используется продукция фир­мы Novell, поэтому наиболее распространенными сейчас являются сетевые карты, совместимые с NE2000 (Novell Ethernet). Драйверы для них включаются в дистрибутивы практически всех сетевых операционных систем. Отдельные стандарты отличаются в первую очередь скоростью передачи данных. Скорость передачи данных – количество битов, передаваемых в единицу времени, 1 бод = 1 бит в секунду.

В зависимости от используемой технологии и сетевой карты максималь­ная скорость передачи данных в сети может составлять 10, 100, 1000 Мбит/с.

2.4.4. Сетевые операционные системы

Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и серверами. Она может позволить любой рабочей станции работать с разделяемым сетевым диском или принтером, которые физически не подключены к этой станции. Структура сетевой ОС отличается от структуры ОС ПК, не работающего в сети.

В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей (рис. 2.5) и определить назначение каждой из них следующим образом.

·Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.

·Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование – серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования; ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.

· Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования – клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат.

·Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.

Основное направление развития современных сетевых операционных систем (Network Operation System – NOS) – перенос вычислительных операций на рабочие станции, создание систем с распределенной обра­боткой данных. Это в первую очередь связано с ростом вычислительных возможностей персональных компьютеров и все более активным внедрением мощных многозадачных операционныхсистем: UNIX, Windows NТ, Windows 2000, NetWare и т.д. Кроме того, внедрение объектно-ориентированных технологий (ОLЕ, DСЕ, IDAPI) позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. В такой ситуации основной задачей NOS становится объединение неравноценных операционных систем рабочих станций и обеспечение транспортного уровня для широкого круга задач: обработка баз данных, передача сообщений, управление распределенными ресурсами сети.

ОС Unix

UNIX представляет собой не­вероятно мощную, гибкую и динамичную операционную систему, которая в состоянии обрабатывать практически любую предложенную пользователем задачу. Любовь к ней си­стемных администраторов и программистов объясняется широким набором предлагаемых средств, с помощью которых можно решить большинство проблем, возникающих при работе с информационными технологиями. К преимуществам UNIX относятся мощность работы, стабильность и надежность, полная автома­тизация, а также поддержка множества популярных (и не очень популярных) языков программирования.

Эта операционная система не только использует феноменально эффективный метод об­работки стандартных сетевых запросов, но также предлагает оптимальные решения для работы с Internet, включая доступ к ресурсам Web, Telnet, FTP, базам данным и т.п. По­скольку система UNIX создавалась специально для обработки больших массивов данных и полной интеграции с сетевой средой, она почти всегда превосходит по быстродействию любую другую комбинацию аппаратного и программного обеспечения.

Тремя областями, в которых проявляется уникальность этой операцион­ной системы, являются работа в закрытой сети TCP/IP, предоставление услуг Internet или корпоративной сети, а также управление базами данных.

Прародитель сетевых операционных систем, система UNIX, имеет несколько “потом­ков” и разновидностей. ОС Linux представляет собой версию UNIX, адаптированную для процессоров Intel.

ОС NetWare фирмы Novell

Novell была одной из первых компаний, которые начали создавать ЛВС. Она производила как аппаратные средства, так и программные, однако в последнее время фирма Novell сконцентрировала усилия на программных средствах ЛВС.

Файловый сервер в NetWare является обычным ПК, сетевая ОС которого осуществляет управление работой ЛВС. Функции управления включают координацию рабочих станций и регулирование процесса разделения файлов и принтера в ЛВС. Сетевые файлы всех рабочих станций хранятся на жестком диске файлового сервера, а не на дисках рабочих станций.

ОС NetWare позволяет манипулировать файлами и директориями различными способами. Можно копировать, уничтожать, переименовывать, записывать, распечатывать и разделять файлы в ЛВС. Есть также определённая система прав доступа к файлам и директориям.

Как файлы, так и директории на сервере в ЛВС под управлением ОС NetWare имеют атрибуты. Эти атрибуты могут отменять права, предоставленные пользователям в ЛВС. Файлы в ОС NetWare наряду с атрибутами “только для чтения”, “скрытый” и “архивный” могут дополнительно иметь атрибут “неразделяемый” и “разделяемый” (он указывает на возможность разделения файла в ЛВС многими пользователями одновременно).

ОС Windows NT и Windows 2000 фирмы Microsoft

ОС Windows NT является 32-разрядной операционной системой.

Первоначально Windows NT существовала в двух версиях: Windows NT Advanced Server устанавлива­лась на серверах сети NT, a Windows NT Workstation представляла собой мощную на­стольную операционную систему с функциональными возможностями.

Хотя ее архитектура и строение производили впечатление, для Windows NT был необходим боль­шой объем памяти, да и работала она достаточно медленно. Еще одной причиной этого недоверия являлась слабая аппаратная поддержка: производители оборудования не успе­ли написать драйверы для нового программного продукта. Лишь после выхода следую­щей версии NT стала силой, с которой приходилось считаться.

Следующая версия Windows NT, предназначенная для использова­ния на серверах, была переименована в Windows NT Server. Высокая производительность и улучшенная поддержка приложений, а также новая доменная структура NT сделали ее одной из самых популярных операционных систем.

Windows NT 4.0 объединяла в себе улучшенную интеграцию с Internet и корпоративными сетями, повышенную производительность, отличную совместимость с другими операционными системами компании Microsoft и новый интерфейс Windows Explorer.

Windows 2000 является новой версией операционной системы Windows NT. Windows 2000 призвана стать наиболее широко распространенной операционной системой для настольных компьютеров благодаря простоте работы с системой, сохраненным достоинствам пред­шественницы Windows NT и привнесенным в нее лучшим качествам Windows 98.

При создании Windows 2000 Microsoft ставила своей задачей получить сис­тему, максимально приближенную к пользователю. Стандартные элементы интерфейса стали интуитивно понятными, упрощена настройка системы, в систему встроены эффективные сред­ства для работы с Интернетом. Кроме того, благодаря более экономичному режиму использования батарей, автономной работе с документами, повы­шенной защищенности информации из-за шифрующей файловой системы Windows 2000 ориентирована на работу с мобильными компьютерами.

В Windows 2000 привнесены удачные решения, реализованные в Windows 98. Новая система поддерживает как 32-разрядные, так и 16-разрядные прило­жения Windows и DOS и имеет расширенный список совместимых аппарат­ных устройств. Система имеет развитые средства удаленного администрирова­ния, установки и удаления программ.

2.4.5. Кабели

В сети данные циркулируют по кабелям, соединяющим отдельные компьютеры различным образом. Большинство сбоев и ошибок внутри сети происходит из-за некачественного или дефектного кабеля или кабельного разъема. В зависимости от топологии поиск неисправности может быть весьма трудоемок.

Витая пара – относительно дешевая разновидность передающей линии, представляющая собой два провода, перекрученных друг с другом с определенным шагом. Скручивание проводов между собой увеличивает проводимость и уменьшает влияние электромагнитных полей.

Этот кабель может быть экранированным и неэкранированным. Экранированный более устойчив к электромагнитным помехам. Однако на практике чаще используется неэкранированный кабель, так как такой тип кабеля применяется для разводки телефонных линий и дешевле экранированного. Используется при скоростях передачи 10, 100, 1000 Мбит/с. Недостатками данного кабеля являются высокий коэффициент затухания сигнала и высокая чувствительность к электромагнитным помехам, поэтому максимальное расстояние между активными устройствами в ЛВС при использовании витой пары до 100 метров.

Коаксиальный кабель – кабель, состоящий из одного центрального проводника, заключенного в изолятор, поверх которого расположен другой проводник.

Этот кабель может использоваться в двух различных системах передачи данных: без модуляции сигнала и с модуляцией. В первом случае цифровой сигнал используется в таком виде, в каком он поступает из ПК и сразу же передается по кабелю на приемную станцию. Для скорости передачи 10 Мбит/с длина тонкого кабеля – до 180 м, а толстого – до 500 м. Во втором случае цифровой сигнал превращают в аналоговый и направляют его на приемную станцию, где он снова превращается в цифровой. Операция превращения сигнала выполняется модемом; каждая станция должна иметь свой модем. Этот способ передачи является многоканальным (обеспечивает передачу по десяткам каналов, используя для этого всего лишь один кабель). Длина кабеля может достигать до 50 км. Передача сигнала с модуляцией более дорогостоящая, чем без модуляции. Поэтому наиболее эффективно его использование при передаче данных между крупными предприятиями.

Оптоволоконный кабель является перспективной технологией, используемой в ЛВС. Носителем информации является световой луч, который модулируется сетью и принимает форму сигнала. Такая система устойчива к внешним электрическим помехам и таким образом возможна очень быстрая и безошибочная передача данных (до 2 Гбит/с), при этом обеспечивается секретность передаваемой информации. Количество каналов в таких кабелях огромно. Передача данных выполняется только в симплексном режиме, поэтому для организации обмена данными устройства необходимо соединять двумя оптическими волокнами (на практике оптоволоконный кабель всегда имеет четное, парное количество волокон). К недостаткам можно отнести большую стоимость, а также сложность подсоединения.

2.4.6. Сетевое оборудование ЛВС

Рассмотрим подробнее оборудование, используемое в локальных сетях.

Концентраторы . Эти устройства, позволяющие перенаправлять информацию одной или более ветвям, удобны для формирования сети произвольной топологии. Выпускается ряд типов концентраторов, они отличаются по количеству, типу и длине подключаемых кабелей и могут автоматически управлять подсоединенными сегментами (включать и вык­лючать их в случае обнаружения сбоев и обрывов).

Приемопередатчики (трансиверы) – это устройства, предназначенные для приема паке­тов от контроллера рабочих станций сети и передачи их в сеть.

Повторители (repeater) – устройства для восстановления и усиления сигналов в сети, служащие для увеличения ее длины. С помощью этих устройств можно объединить несколько сегментов сети с шинной топологией, увеличивая таким образом общую протяженность сети.

Мосты. Мосты используются для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия.

Шлюзы (gateway) – устройства (компьютер), служащие для объединения сетей с совершенно различными протоколами обмена. Шлюзы выполняют протокольное преобразование для сети, в частно­сти преобразование сообщения из одного форма­та в другой илииз одной системы кодирования в другую.

Маршрутизаторы (роутеры) . Эти устройства устанавливают соеди­нение в сети. Они обеспечивают достаточно сложный уровень сервиса, так как могут выполнять “интеллектуальные” функции: выбор наи­лучшего маршрута для передачи сообщения, адресованного другой сети; управление балансированной нагрузкой в сети путем равномерного распре­деления потоков данных; защиту данных; буферизацию передаваемых дан­ных; различные протокольные преобразования. Такие возможности марш­рутизаторов особенно важны при построении базовых сетей крупных орга­низаций.

Модемы и факс-модемы. Факс-модемы, в отличие от модемов, обеспечивают скоростную передачу данных только в од­ном направлении и используют свои собственные стандарты. Они лучше справляются с передачей информации, чем с приемом. В настоящее время выпускаются и комбинированные модемы (модем данных/факс-модем).

2.4.7. Технология Ethernet

Технология Ethernet стала базой спецификации IEEE 802.3, которая была опубликована в 1980 году. Вскоре после этого компании DEC, Intel и Xerox совместно разработали и приняли вторую версию спецификации Ethernet, совместимую с IEEE 802.3. В настоящее время термин Ethernet чаще всего используют для описания всех локальных сетей, работающих в соответствии с конкурентными принципами доступа к каналу передачи данных CSMA/CD – множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий, что соответствует спецификации Ethernet IEEE 802.3.

Чаще всего при построении ло­кальных сетей на основе этой технологии оптический кабель используется для формирования магистрали сети, в то время как витая пара применяется для подключения станций и серверов.

Приведем основные спецификации Ethernet.

· 10Base2 – стандарт сегмента сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле. Обеспечивает скорость передачи 10 Мбит/с и использует тонкий, гибкий коаксиальный кабель RG-58A/U, обычно диаметром 0,2 дюйма со скрученным внутренним проводником. Этот стан­дарт известен как “тонкий Ethernet”.

· 10Base5 – стандарт сегмента сети Ethernet на толстом коаксиальном кабеле. Как и первая версия Ethernet, эта спецификация в качестве среды передачи предусматривает толстый коаксиальный кабель. Из-за этого спецификацию называют “толстым Ethernet”. Каждый коаксиальный кабель в сети образует отдельный сег­мент.

·10BaseT – стандарт сегмента сети Ethernet на витой паре. Эта разновидность Ethernet получила наибольшее распростране­ние. Спецификация 10BaseT предусматривает проводку из неэкра­нированного кабеля с витыми парами, обычно называемыми UTP (Unshielded Twisted Pair), но использует только две из четырех пар проводников типичного кабеля Категории 3 (одна пара передает данные, в то время как другая предназначена для приема данных). В противоположность проводкам 10Base2 и 10Base5, 10BaseT использует топологию звезды, в которой каждый узел соединен с центральным концентратором или многопортовым повторителем (эта топология хорошо совмещается с расположением проводки, имеющейся в большинстве зданий). Применение дешевых кабелей UTP является одним из основных преимуществ l0BaseT по сравнению со спе­цификациями 10Base2 и 10Base5.

· 10BaseFX – стандарт сегмента сети Ethernet на опто­волоконном кабеле. Применение оптоволоконной технологии приводит к высокой стоимости комплектующих. Однако нечувствительность к электро­магнитным помехам позволяет использовать спецификацию в особо от­ветственных случаях и для связи далеко расположенных друг от друга объектов.

Каждая из разновидностей Ethernet предусматривает те или иные ограниче­ния на протяженность сегмента кабеля. Для создания более протяженной сети несколько кабелей могут соединяться с помощью повторителей. С точки зрения программного обеспечения последова­тельность кабельных сегментов, связанных повторителями, ничем не отличается от единого кабеля. Сеть может содержать несколько сегментов кабеля и несколь­ко повторителей.

Fast Ethernet – высокоскоростная разновидность сети Ethernet, обеспечивающая скорость передачи 100 Мбит/с. Fast Ethernet целесообразно применять в тех организациях, которые широко использовали классический Ethernet, но сегодня испытывают потребность в увеличении пропускной способности. При этом сохраняется весь накопленный опыт работы с Ethernet и, частично, сетевая инфраструктура. Основная область использования Fast Ethernet сегодня – это сети рабочих групп и отделов.

Функциональные группы устройств в сети

Основное назначение любой компьютерной сети - предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.

С этой точки зрения локальную вычислительнуюсеть можнорассматривать как совокупность серверов и рабочих станций.

Сервер - компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами.

Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети. Сервер - источник ресурсов сети.

Рабочая станция - персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам.

Рабочая станция сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме. Она оснащена собственной операционной системой (MS DOS, Windows и т.д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач.

Особое внимание следует уделить одному из типов серверов - файловому серверу (File Server). В распространенной терминологии для него принято сокращенное название- файл-сервер .

Файл-сервер хранит данные пользователей сети и обеспечивает им доступ к этим данным. Это компьютер с большой емкостью оперативной памяти, жесткими дисками большой емкости и дополнительными накопителями на магнитной ленте (стриммерами).

Он работает под управлением специальной операционной системы, которая обеспечивает одновременный доступ пользователей сети к расположенным на нем данным,

Файл-сервер выполняет следующие функции: хранение данных, архивирование данных, синхронизацию изменений данных различными пользователями, передачу данных.

Для многих задач использование одного файл-сервера оказывается недостаточным. Тогда в сеть могут включаться несколько серверов. Возможно также применение в качестве файл-серверов мини-ЭВМ.

Управление взаимодействием устройств в сети

Информационные системы, построенные на базе компьютерных сетей, обеспечивают решение следующих задач: хранение данных, обработка данных, организация доступа пользователей к данным, передача данных и результатов обработки данных пользователям.

В системах централизованной обработки эти функции выполняла центральная ЭВМ (Mainframe, Host).

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Обработка данных в этом случае распределена между двумя объектами: клиентом и сервером.

Клиент - задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети.

В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтение файла, поиск информации в базе данных и т. д.

Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту,

Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя. В принципе обработка данных может быть выполнена и на сервере. Для подобных систем приняты термины - системы клиент-сервер или архитектура клиент-сервер.

Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых локальных вычислительных сетях, так и в сети с выделенным сервером.

Одноранговая сеть . В такой сети нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого устройства для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по всем рабочим станциям. Каждая станция сети может выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть.

Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям (диски, принтеры).

Достоинства одноранговых сетей: низкая стоимость и высокая надежность.

Недостатки одноранговых сетей:

• зависимость эффективности работы сети от количества станций;

• сложность управления сетью;

• сложность обеспечения защиты информации;

• трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.

Наибольшей популярностью пользуются одноранговые сети на базе сетевых операционных систем LANtastic, NetWare Lite.

Сеть с выделенным сервером . В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций.

Такой компьютер обычно называют сервером сети. На нем устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства - жесткие диски, принтеры и модемы.

Взаимодействие между рабочими станциями в сети, как правило, осуществляется через сервер. Логическая организация такой сети может быть представлена топологией звезда. Роль центрального устройства выполняет сервер. В сетях с централизованным управлением существует возможность обмена информацией между рабочими станциями, минуя файл-сервер. Для этого можно использовать программу NetLink. После запуска программы на двух рабочих станциях можно передавать файлы с диска одной станции на диск другой (аналогично операции копирования файлов из одного каталога в другой с помощью программы Norton Commander).

Достоинства сети с выделенным сервером:

• надежная система защиты информации;

• высокое быстродействие;

• отсутствие ограничений на число рабочих станций;

• простота управления по сравнению с одноранговыми сетями,

Недостатки сети:

• высокая стоимость из-за выделения одного компьютера под сервер;

• зависимость быстродействия и надежности сети от сервера;

• меньшая гибкость по сравнению с одноранговой сетью.

Сети с выделенным сервером являются наиболее распространенными у пользователей компьютерных сетей. Сетевые операционные системы для таких сетей - LANServer (IBM), Windows NT Server версий 3.51 и 4.0 и NetWare (Novell).

ТИПОВЫЕ ТОПОЛОГИИ И МЕТОДЫ ДОСТУПА ЛВС

Физическая передающая среда ЛВС

Физическая среда обеспечивает перенос информации между абонентами вычислительной сети. Как уже упоминалось, физическая передающая среда ЛВС представлена тремя типами кабелей: витая пара проводов, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель.

Витая пара состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой (рис. 6.19). Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Самый простой вариант витой пары - телефонный кабель, Витые пары имеют различные характеристики, определяемые размерами, изоляцией и шагом скручивания. Дешевизна этого вида передающей среды делает ее достаточно популярной для ЛВС.

Рис. 6.19. Витая пара проводов

Основной недостаток витой пары - плохая помехозащищенность и низкая скорость передачи информации - 0,25 - 1 Мбит/с. Технологические усовершенствования позволяют повысить скорость передачи и помехозащищенность (экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость этого типа передающей среды.

Коаксиальный кабель (рис. 6.20) по сравнению с витой парой обладает более высокой механической прочностью, помехозащищенностью и обеспечивает скорость передачи информации до 10 - 50 Мбит/с, Для промышленного использования выпускаются два типа коаксиальных кабелей: толстый и тонкий. Толстый кабель более прочен и передает сигналы нужной амплитуды на большее расстояние, чем тонкий. В то же время тонкий кабель значительно дешевле. Коаксиальный кабель так же, как и витая пара, является одним из популярных типов передающей среды для ЛВС.

Рис. 6.20 . Коаксиальный кабель

Рис. 6.21. Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель - идеальная передающая среда (рис. 6.21). Он не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения. Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации.

Скорость передачи информации по оптоволоконному кабелю более 50 Мбит/с, По сравнению с предыдущими типами передающей среды он более дорог, менее технологичен в эксплуатации.

ЛВС, выпускаемые различными фирмами, либо рассчитаны на один из типов передающей среды, либо могут быть реализованы в различных вариантах, на базе различных передающих сред.

Основные топологии ЛВС

Вычислительные машины, входящие в состав ЛВС, могут быть расположены самым случайным образом на территории, где создается вычислительная сеть. Следует заметить, что для способа обращения к передающей среде и методов управления сетью небезразлично, как расположены абонентские ЭВМ. Поэтому имеет смысл говорить о топологии ЛВС.

Топология ЛВС - это усредненная геометрическая схема соединений узлов сети.

Топологии вычислительных сетей могут быть самыми различными, но для локальных вычислительных сетей типичными являются всего три: кольцевая, шинная, звездообразная.

Иногда для упрощения используют термины - кольцо, шина и звезда. Не следует думать, что рассматриваемые типы топологий представляют собой идеальное кольцо, идеальную прямую или звезду.

Любую компьютерную сеть можно рассматривать как совокупность узлов.

Узел - любое устройство, непосредственно подключенное к передающей среде сети.

Топология усредняет схему соединений узлов сети. Так, и эллипс, и замкнутая кривая, и замкнутая ломаная линия относятся к кольцевой топологии, а незамкнутая ломаная линия-к шинной.

Кольцевая топология предусматривает соединение узлов сети замкнутой кривой - кабелем передающей среды (рис. 6.22). Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения.

Рис. 6.22. Сеть кольцевой топологии

Кольцевая топология является идеальной для сетей, занимающих сравнительно небольшое пространство. В ней отсутствует центральный узел, что повышает надежность сети. Ретрансляция информации позволяет использовать в качестве передающей среды любые типы кабелей.

Последовательная дисциплина обслуживания узлов такой сети снижает ее быстродействие, а выход из строя одного из узлов нарушает целостность кольца и требует принятия специальных мер для сохранения тракта передачи информации.

Шинная топология - одна из наиболее простых (рис. 6.23). Она связана с использованием в качестве передающей среды коаксиального кабеля. Данные от передающего узла сети распространяются по шине в обе стороны. Промежуточные узлы не транслируют поступающих сообщений. Информация поступает на все узлы, но принимает сообщение только тот, которому оно адресовано. Дисциплина обслуживания параллельная.

Рис. 6.23. Сеть шинной топологии

Это обеспечивает высокое быстродействие ЛВС с шинной топологией. Сеть легко наращивать и конфигурировать, а также адаптировать к различным системам Сеть шинной топологии устойчива к возможным неисправностям отдельных узлов.

Сети шинной топологии наиболее распространены в настоящее время. Следует отметить, что они имеют малую протяженность и не позволяют использовать различные типы кабеля в пределах одной сети.

Звездообразная топология (рис. 6.24) базируется на концепции центрального узла, к которому подключаются периферийные узлы. Каждый периферийный узел имеет свою отдельную линию связи с центральным узлом. Вся информация передается через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети.

Рис. 6.24. Сеть звездообразной топологии

Звездообразная топология значительно упрощает взаимодействие узлов ЛВС друг с другом, позволяет использовать более простые сетевые адаптеры. В то же время работоспособность ЛВС со звездообразной топологией целиком зависит от центрального узла.

В реальных вычислительных сетях могут использоваться более сложные топологии, представляющие в некоторых случаях сочетания рассмотренных.

Выбор той или иной топологии определяется областью применения ЛВС, географическим расположением ее узлов и размерностью сети в целом.

Методы доступа к передающей среде

Передающая среда является общим ресурсом для всех узлов сети. Чтобы получить возможность доступа к этому ресурсу из узла сети, необходимы специальные механизмы - методы доступа.

Метод доступа к передающей среде - метод, обеспечивающий выполнение совокупности правил, по которым узлы сети получают доступ к ресурсу.

Существуют два основных класса методов доступа: детерминированные, недетерминированные.

При детерминированных методах доступа передающая среда распределяется между узлами с помощью специального механизма управления, гарантирующего передачу данных узла в течение некоторого, достаточно малого интервала времени.

Наиболее распространенными детерминированными методами доступа являются метод опроса и метод передачи права. Метод опроса рассматривался ранее. Он используется преимущественно в сетях звездообразной топологии.

Метод передачи права применяется в сетях с кольцевой топологией. Он основан на передаче по сети специального сообщения - маркера.

Маркер - служебное сообщение определенного формата, в которое абоненты сети могут помещать свои информационные пакеты.

Маркер циркулирует по кольцу, и любой узел, имеющий данные для передачи, помещает их в свободный маркер, устанавливает признак занятости маркера и передает его по кольцу. Узел, которому было адресовано сообщение, принимает его, устанавливает признак подтверждения приема информации и отправляет маркер в кольцо.

Передающий узел, получив подтверждение, освобождает маркер и отправляет его в сеть. Существуют методы доступа, использующие несколько маркеров.

Недетерминированные - случайные методы доступа предусматривают конкуренцию всех узлов сети за право передачи. Возможны одновременные попытки передачи со стороны нескольких узлов, в результате чего возникают коллизии.

Наиболее распространенным недетерминированным методом доступа является множественный метод доступа с контролем несущей частоты и обнаружением коллизий (CSMA/CD). В сущности, это описанный ранее режим соперничества. Контроль несущей частоты заключается в том, что узел, желающий передать сообщение, "прослушивает" передающую среду, ожидая ее освобождения. Если среда свободна, узел начинает передачу.

Следует отметить, что топология сети, метод доступа к передающей среде и метод передачи тесным образом связаны друг с другом. Определяющим компонентом является топология сети.

Назначение ЛВС

Локальные вычислительные сети за последнее пятилетие получили широкое распространение в самых различных областях науки, техники и производства.

Особенно широко ЛВС применяются при разработке коллективных проектов, например сложных программных комплексов. На базе ЛВС можно создавать системы автоматизированного проектирования. Это позволяет реализовывать новые технологии проектирования изделий машиностроения, радиоэлектроники и вычислительной техники. В условиях развития рыночной экономики появляется возможность создавать конкурентоспособную продукцию, быстро модернизировать ее, обеспечивая реализацию экономической стратегии предприятия.

ЛВС позволяют также реализовывать новые информационные технологии в системах организационно-экономического управления.

В учебных лабораториях университетов ЛВС позволяют повысить качество обучения и внедрять современные интеллектуальные технологии обучения.

ОБЪЕДИНЕНИЕ ЛВС

Причины объединения ЛВС

Созданная на определенном этапе развития системы ЛВС с течением времени перестает удовлетворять потребности всех пользователей, и тогда встает проблема расширения ее функциональных возможностей. Может возникнуть необходимость объединения внутри фирмы различных ЛВС, появившихся в различных ее отделах и филиалах в разное время, хотя бы для организации обмена данными с другими системами. Проблема расширения конфигурации сети может быть решена как в пределах ограниченного пространства, так и с выходом во внешнюю среду.

Стремление получить выход на определенные информационные ресурсы может потребовать подключения ЛВС к сетям более высокого уровня.

В самом простом варианте объединение ЛВС необходимо для расширения сети в целом, но технические возможности существующей сети исчерпаны, новых абонентов подключить к ней нельзя. Можно только создать еще одну ЛВС и объединить ее с уже существующей, воспользовавшись одним из ниже перечисленных способов.

Способы объединения ЛВС

Мост. Самый простой вариант объединения ЛВС - объединение одинаковых сетей в пределах ограниченного пространства. Физическая передающая среда накладывает ограничения на длину сетевого кабеля. В пределах допустимой длины строится отрезок сети - сетевой сегмент. Для объединения сетевых сегментов используются мосты.

Мост - устройство, соединяющее две сети, использующие одинаковые методы передачи данных.

Сети, которые объединяет моет, должны иметь одинаковые сетевые уровни модели взаимодействия открытых систем, нижние уровни могут иметь некоторые отличия.

Для сети персональных компьютеров мост - отдельная ЭВМ со специальным программным обеспечением и дополнительной аппаратурой. Мост может соединять сети разных топологий, но работающие под управлением однотипных сетевых операционных систем.

Мосты могут быть локальными и удаленными.

• Локальные мосты соединяют сети, расположенные на ограниченной территории в пределах уже существующей системы.

• Удаленные мосты соединяют сети, разнесенные территориально, с использованием внешних каналов связи и модемов.

Локальные мосты, в свою очередь, разделяются на внутренние и внешние.

• Внутренние мосты обычно располагаются на одной из ЭВМ данной сети и совмещают функцию моста с функцией абонентской ЭВМ, Расширение функций осуществляется путем установки дополнительной сетевой платы.

• Внешние мосты предусматривают использование для выполнения своих функций отдельной ЭВМ со специальным программным обеспечением.

Маршрутизатор (роутер). Сеть сложной конфигурации, представляющая собой соединение нескольких сетей, нуждается в специальном устройстве. Задача этого устройства - отправить сообщение адресату в нужную сеть. Называется такое устройство маршрутизamором.

Маршрутизатор, или роутер , - устройство, соединяющее сети разного типа, но использующее одну операционную систему.

Маршрутизатор выполняет свои функции на сетевом уровне, поэтому он зависит от протоколов обмена данными, но не зависит от типа сети. С помощью двух адресов - адреса сети и адреса узла маршрутизатор однозначно выбирает определенную станцию сети.

Пример 6.7. Необходимо установить связь с абонентом телефонной сети, находящимся в другом городе. Сначала набирается адрес телефонной сети этого города - код города. Затем - адрес узла этой сети - телефонный номер абонента. Функции маршрутизатора выполняет аппаратура АТС.

Маршрутизатор также может выбрать наилучший путь для передачи сообщения абоненту сети, фильтрует информацию, проходящую через него, направляя в одну из сетей только ту информацию, которая ей адресована.

Кроме того, маршрутизатор обеспечивает балансировку нагрузки в сети, перенаправляя потоки сообщений по свободным каналам связи.

Шлюз. Для объединения ЛВС совершенно различных типов, работающих по существенно отличающимся друг от друга протоколам, предусмотрены специальные устройства - шлюзы.

Шлюз - устройство, позволяющее организовать обмен данными между двумя сетями, использующими различные протоколы взаимодействия.

Шлюз осуществляет свои функции на уровнях выше сетевого. Он не зависит от используемой передающей среды, но зависит от используемых протоколов обмена данными. Обычно шлюз выполняет преобразование между двумя протоколами.

С помощью шлюзов можно подключить локальную вычислительную сеть к главному компьютеру, а также локальную сеть подключить к глобальной.

Пример 6.8. Необходимо объединить локальные сети, находящиеся в разных городах. Эту задачу можно решить с помощью глобальной сети передачи данных. Такой сетью является сеть коммутации пакетов на базе протокола Х.25. С помощью шлюза локальная вычислительная сеть подключается к сети Х.25. Шлюз выполняет необходимые преобразования протоколов и обеспечивает обмен данными между сетями.

Мосты, маршрутизаторы и даже шлюзы конструктивно выполняются в виде плат, которые устанавливаются в компьютерах. Функции свои они могут выполнять как в режиме полного выделения функций, так и в режиме совмещения их с функциями рабочей станции вычислительной сети.

С помощью персонального компьютера пользователь может обмениваться с другими людьми различной информацией (документами, программами и т.п.). Для этого можно использовать дискеты, диски и накопители памяти. Не всегда перемещение носителя той или иной информации возможно между компьютерами, либо это может занять достаточно много времени. Необходимость в быстром доступе к информационным ресурсам, принтерам и другим устройствам привела к созданию компьютерных сетей.

Простая локальная сеть

Что такое локальная сеть? Это система, позволяющая объединить компьютеры, которые установлены на достаточно небольшом удалении друг от друга (например, в одном здании или помещении).

В локальную сеть объединяют компьютеры, установленные в кабинете информатики в школе, а также другие компьютеры и принтеры, находящиеся в других кабинетах.

Сети с сервером

В небольших сетях компьютеры, как правило, равноправны. Локальная сеть между компьютерами позволяет всем пользователям получать доступ к открытым документам и папкам. К тому же пользователи могут самостоятельно решать, на какие ресурсы компьютера открыть доступ для других пользователей данной сети (это могут быть принтеры, диски и т.д.). После получения доступа человек, работающий за другим компьютером локальной сети, сможет пользоваться ресурсами другого компьютера.

Основной недостаток таких сетей - это слабый уровень защиты информации от неразрешенного доступа.

Чтобы обеспечить максимальную информационную безопасность, один из компьютеров, работающих в локальной сети, может стать сервером, на котором будет храниться вся самая важная информация. Доступ к этим данным сможет установить только один человек - администратор.

Компьютеры, находящиеся в локальной сети, работающие на ОС Windows, находятся в папке «Сеть», а устройства с ОС Linux - в папке «Сетевые ресурсы». В Windows нажатие на значок «Сеть», находящийся на Рабочем столе, открывает папку с компьютерами, входящими в состав локальной сети.

В свою очередь, каждый из этих компьютеров тоже является папкой, которая содержит диски. Если к дискам, принтеру или папкам открыть доступ, то каждый пользователь сети сможет воспользоваться ими так же, как своими собственными. Он сможет копировать их, удалять и переименовывать, а также использовать принтер, печатая на нем документы.

Обеспечение локальных сетей

Что такое локальная сеть, и какое оборудование требуется для ее обеспечения? Все компьютеры и принтеры, подключенные к локальной сети, должны быть с сетевой платой. Ее основная функция - передача и получение различной информации из локальной сети. Сети бывают проводные и беспроводные.

Работает проводная локальная сеть через соединение сетевых плат компьютеров между собой при помощи витой пары. Беспроводные же сети используют в качестве основного сетевого устройства точку доступа. В таком случае на каждом компьютере нужно установить особую беспроводную сетевую плату типа Wi-Fi.

История создания локальных вычислительных сетей (ЛВС, LAN)

Разбирая вопрос о том, что такое локальная сеть, следует отметить, что изначально компьютерные сети были довольно небольшими. Они соединяли около 10 компьютеров и принтер. Технология, используемая для передачи данных в сети, ограничивала ее размеры, включая количество подключенных устройств и физическую длину сети. К примеру, в 1980-х годах самыми популярными были сети, не превышающие 30 компьютеров. Протяженность кабеля при этом была максимум 185 м.

Подобные сети можно было с легкостью расположить на одном этаже какого-то здания или небольшого учреждения. Некрупные фирмы знают, что такое локальная сеть и какие преимущества она может дать. Поэтому они и в настоящее время используют для своей работы подобную конфигурацию, поскольку она им отлично подходит.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС)

Что такое Они представляют собой систему коммуникации, которая позволяет совместно пользоваться ресурсами подключенных компьютеров. Это могут быть принтеры, модемы, диски, CD-ROM и прочие устройства. Локальные вычислительные сети позволяют расположить устройства на значительном расстоянии друг от друга (до нескольких километров). Как правило, их соединяют скоростные линии связи, скорость обмена при этом составляет от 1-10 Мбит за секунду и более. Не исключено соединение компьютеров при помощи телефонных линий.

Создается такая локальная сеть между компьютерами какой-нибудь организации (компании, организации), поэтому ее чаще всего называют корпоративной. Компьютеры в этом случае располагаются в пределах помещения, здания либо соседнего строения.

Программное обеспечение компьютера выполняет 2 функции: управляет собственными ресурсами и обменивается ими с другими компьютерами.

Собственные ресурсы компьютера находятся в управлении операционной системы. Сетевое управление, в свою очередь, выполняет сетевое ПО.